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Biología de Suelos: Un Recurso Esencial para la Agricultura Sostenible Steven Fonte Universidad de California, Davis

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Biología de Suelos: Un Recurso Esencial para la Agricultura Sostenible

Steven Fonte Universidad de California, Davis

¿Que es el Suelo?

Composición de un Suelo Común

Espacio/poros 40-60%

Parte solido ~ 50%

Minerales ~ 45% Aire ~ 20-30%

Agua ~ 20-30%

Materia orgánica ~ 5%

v

Macroporos (>75μm)

Mesoporos (30-75μm)

Microporos (<30μm)

Agua

Minerales (arcilla, limo, arena) con materia orgánica forman agregados y un laberinto de poros de diferentes tamaños que controlan el movimiento y la disponibilidad de agua.

Aire

Biodiversidad de los Suelos

¿Quienes viven en el suelo?

Tree of Life Web Project http://tolweb.org/tree/phylogeny.html

Tabla 1: Numero estimado de especias de plantas y organismos de suelo organizado

según su tamaño (modificado de Wall et al., 2000)

Biodiversidad de los Suelos

Biodiversidad de los Suelos

Barrios (2007) Tamaño

Microrganismos del Suelo (microflora)

Bacteria - rhizobia - actinobacteria - Ralstonia solanacearum Fungí/hongos - micorriza - trichoderma

Sylvia et al, 2004

3 Dominios Archaea

Bacteria

Eucarya

Microrganismos del Suelo

Macrofauna del Suelo

= Invertebrados que se puede ver sin magnificación (>2mm)

Cortesía de P. Lavelle

- Raíces pueden tener una arquitectura diversa y representan una gran parte de la planta

- Plantas son productoras primarias => contribuyen residuos orgánicos (raíces, hojas,…) = base de energía fundamental en el suelo

Plantas

• Miles de especias de fauna

• Hasta millones individuos de micro- y mesofauna

• Miles de individuos de macrofauna de 15 ordenes

La Vida en un m2

Cortesía de P. Lavelle

• Apoyada por la formación de diversos hábitats que existen en varias escalas - asociadas con la disponibilidad de recursos (ej. carbono, nutrientes, agua, oxigeno, protección contra enemigos, microclima, etc.)

Biodiversidad de los Suelos

¿Qué hacen estos organismos?

¿y por qué nos importan?

Función Biológica del Suelo

Supresión de

plagas (MIP)

Formación a la

estructura de

suelo

Filtrar nutrientes y

contaminantes excesivos

Apoyo a plantas y

animales por el

mutualismo

Regular y reciclar

nutrientes para el uso

de las plantas

Fuente/

GEI

Biodegradación

de pesticidas

Descomposición

Fijación de

nitrógeno

Formación

de MOS

Almacenamiento

de carbono

Apoyo a la digestión

y inmunidad humana

Servicios Ecosistémicos

Servicios Ecosistémicos

Reciclaje de Nutrientes: descomposición de residuos y conversión en nutrientes disponibles

Provisión de Nutrientes: fijación N, solubilización de P,…

Estabilización de Materia Orgánica: producción de material orgánica estable en el suelo, protección en agregados, incorporación de residuos

Regulación de Estructura del Suelo: agregación, aeración del suelo, formación de macroporosidad

Defensa de Plantas y Incremento de Crecimiento: biocontrol, competir con (y destruir) microbios dañinos, producción de hormonas benéficas

NRCS

• Son plagas de nuestros cultivos (ej. gorgojo de los andes) y enfermedades de las seres humanas (ej. E. coli)

• Microbios y malezas pueden competir para nutrientes y agua con los cultivos

• Producción de gases del efecto invernadero

• Otros efectos negativos…

Des-servicios

=> Hay que pensar en manera holística y tomar en cuenta que todo está interrelacionado

Red Alimentaria del Suelo

Residuos Orgánicos (Detritus)

Descomponedores

Consumidores Primarios

Consumidores Secundarios (Omnívoros y Depredadores)

Modified from Barrios, 2007 (from Hunt et al, 1987)

Ingenieros Ecosistémicos (del Suelo)

= Organismos que modifican o construyen su propio hábitat (y lo de otros organismos) y tienen efectos directos e indirectos sobre muchas funciones del suelo

Ingenieros Estructurando el Suelo

Termitas Hormigas Lombrices

Ingenieros del Suelo

Tienen grandes impactos sobre:

• Infiltración y la dinámica de agua

• Disponibilidad de nutrientes en el suelos

• Dinámica y estabilización de materia orgánica en el suelo

• Creación de hábitat para otros organismos

• Regulación de la vida microbiana

• Productividad de los cultivos

Estudio de Caso: Lombrices en el Sistema Agroforestal Quesungual

Honduras

El Salvador

Nicaragua

Guatemala

Tala y Quema (Slash and Burn)

Sistema Agroforestal Quesungual

Cortesía de L.A. Welchez

Agroforesteria vs. Tradicional

Tala y Quema Sistema

Quesungual Adaptada de M. Rivera (2008)

• Alta cantidad de residuos • Perturbación mínima del

suelo (no quema y sin labranza)

• Mantenimiento de alta abundancia y diversidad de arboles.

• Quesungual apoya alta nivel de actividad de macrofauna

Rousseau et al. (2013) Ecol. Indic.

Impactos Sobre la Actividad Biológica

0

5

10

15

20

25

SecondaryForest

Quesungual Slash & Burn

Fre

sh B

iom

ass

(g m

-2)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

SecondaryForest

Quesungual Slash & Burn Silvopastoral

Ind

ivid

ual

s m

-2

Biomasa Lombrices (Honduras)

Abundancia Macrofauna (Nicaragua)

a

ab

b

ab

a

b

b

Fonte et al. (2010) Geoderma

1600

1700

1800

1900

2000

2100

Control Mulch Control Mulch

Me

an W

eig

ht

Dia

me

ter

(um

)

Fonte and Six (2010) Ecol. Appl.

Lombrices y Estructura del Suelo

• Residuos mejoran la estructura del suelo, pero solo en la presencia de lombrices

Sin Lombriz Con Lombrices

Agregación de Suelos

Residuo x Lombriz Interacción P = 0.005

Dinámica de Agua y Erosión

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40W

ate

r M

ove

me

nt

mm

hr-1

Run Off

Infiltration

Quesungual Slash & Burn

Movimiento de Agua

0

10

20

30

40

50

60

Year 1 Year 2 Year 3

Mg

soil

ha-1

Slash & Burn

Quesungual

Secondary Forest

8

9

10

11

12

13

14

Quesungual Slash & Burn

Ava

ilab

le W

ate

r (m

3 m

-3)

Almacenamiento de Agua

Perdida de Suelo (Erosión)

b

a

b b b

a

b

Adaptada de M. Rivera (2008)

Servicios de Agua y Control de Erosión

Suelo con buena cobertura y drenaje

Suelo desnudo, compactado, y con mal drenaje

La cobertura del suelo, la agregación, y las lombrices afectan la infiltración, erosión y el agua disponible para los cultivos

erosión

Los Lombrices Aumentan el Crecimiento de las Plantas

* 75% de los casos + 70% en promedio

Mecanismos: • Aeración del suelo

• Nutrientes

• Microflora simbiótica

• Protección de parásitos

• Hormonas

Bixa orellana

Sin lombrices

―― Con lombrices―― Cortesía de P. Lavelle

Absorción/fijación N

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Control +Lime Control +Lime

mg

N m

icro

cosm

-1

P = 0.02

Uso más eficaz de las enmiendas del suelo

• Adiciones de cal solo aumentan el contenido N y P en la planta cuando están presentes las lombrices.

Fonte et al. (in prep)

Sin Lombriz +Cal

Con Lombriz + Cal

Frijol común (Phaseolus vulgaris)

Sin Lombriz Con Lombriz

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Control +Lime Control +Lime

mg

P m

icro

cosm

-1

Absorción de P

P < 0.001

Polysaccharides

Micro-organismesMucus

Macro-organisme

Plaquettes

d’argile

La Parabola de la Bella Durmiente

Las bacterias latentes en el suelo

Polysaccharides

Micro-organismesMucus

Macro-organisme

Plaquettes

d’argile

Poly- saccharide

Bacterias

Arcilla

Lombriz de tierra

Mucus

Ingeniero

Cortesía de P. Lavelle

Efectos en la Microflora

a

b

a a

0

0,5

1

1,5

2

T V N NV

Nematodos

Nematodos + Lombrices

Lombrices

Control

Modificación de la expresión de los genes que hacen la planta tolerante a los nematodos

Pe

so (

g)

Protección de Parásitos

Blouin et al. (2005)

• Insumos de materia orgánica (base de energía)

• Clima/microclima

• Formación de micro-hábitats diversos en el suelo

• Perturbación al suelo

Factores que Regulan la Biodiversidad y Actividad Biológica de los Suelos

• Manejo de materia orgánica (guano, coberturas verdes, dejar residuos de los cultivos, descanso, mantener cultivos productivos, etc.)

• Inclusión de diversos componentes en el paisaje y sustratos orgánicos para alimentar los organismos del suelo

• Minimizar la perturbación (labranza y quema mínima, uso responsable de pesticidas, evitar sobrepastoreo)

¿Entonces, como cuidamos a nuestras chacras y suelos para apoyar la vida del suelo?

¡Gracias!

¿Preguntas?

Literatura Citada

• Barrios, E. (2007) Soil biota, ecosystem services and land productivity. Ecological Economics, 64: 269-285.

• Blouin et al. (2005) Belowground organism activities affect plant aboveground phenotype, inducing plant tolerance to parasites. Ecology Letters, 8: 202-208.

• Fonte, S.J. and J. Six (2010) Earthworms and litter management contributions to ecosystem services in a tropical agroforestry system. Ecological Applications, 20: 1061-1073.

• Fonte, S.J., E. Barrios, and J. Six (2010) Earthworms, soil fertility and aggregate-associated organic matter dynamics in the Quesungual agroforestry system of western Honduras. Geoderma, 155: 320-328.

• Rousseau, L., S.J. Fonte, O. Téllez, R. van der Hoek and P. Lavelle (2013) Soil macrofauna as indicators of soil quality and land use impacts in smallholder agroecosystems of western Nicaragua. Ecological Indicators, 27: 71–82.

• Sylvia et al. (2004) Principles and Applications of Soil Microbiology, Prentice Hall.